Yugo de horno de inducción
Yugo de horno de inducción1
Los yugos (Shunt) de hornos de inducción se encargan de recoger y guiar el campo magnético producido por la bobina. El diseño y la calidad de yugos de los hornos de inducción juegan un papel importante en el rendimiento del horno, las pérdidas de energía y la eficiencia del horno. Además, la estructura geométrica del yugo influye en la uniformidad de la distribución del flujo magnético en el interior del horno, en las turbulencias provocadas por el campo y en la calidad de la fusión. La empresa Araz Trans, utilizando altos conocimientos técnicos y personal experimentado, fabrica y produce todo tipo de yugo de inducción según los planos enviados por los compradores o fabrica yugos basados en su propio diseño de acuerdo con las condiciones de funcionamiento del cliente. Los factores efectivos en la calidad y el rendimiento de los yugos de los hornos de inducción pueden clasificarse de acuerdo con lo siguiente:
Diseño de montaje de yugo
Los yugos existentes en los hornos actuales tienen principalmente tres diseños: totalmente soldado, soldados-rosca y totalmente de rosca. A continuación, explicamos y mencionamos las ventajas y desventajas de cada uno de estos diseños.
Totalmente soldado
En este diseño, el método de conexión del núcleo con cubierta y sistema de enfriamiento del yugo se realiza únicamente mediante soldadura y no se utilizan conexiones de rosca en ninguna de sus piezas. Este diseño de montaje se utiliza principalmente por algunas empresas chinas y turcas.
El mayor problema de los yugos fabricadas con este diseño es la apertura de la superficie inferior del yugo (la superficie dado con bobina). Dado que la soldadura de las láminas del núcleo se realiza desde la superficie superior (la superficie hacia la cubierta del horno), la fuerza de tracción de la soldadura tras la operación de soldadura hace que las láminas del núcleo del yugo se separen en la superficie inferior y se abra la parte inferior del yugo. Esta apertura y separación de las láminas del núcleo en el yugo durante su uso provoca la creación de propiedades magnéticas en las láminas del núcleo y un lugar para la acumulación de todo tipo de retazos y polvos en suspensión en el espacio alrededor del yugo, y estas partículas acumuladas en esa zona con el tiempo causan contacto eléctrico o arco eléctrico entre el yugo y la bobina. La creación de ruido causado por la vibración de las láminas del núcleo de yugo es otro problema causado por la apertura de la superficie inferior del yugo
Uno de los principales problemas de este diseño de yugos de los hornos de inducción es el contacto eléctrico que se crea entre las láminas del núcleo del yugo debido a su soldadura entre sí. Naturalmente, el contacto eléctrico creado en la zona de la soldadura de las láminas del núcleo del yugo puede aumentar las pérdidas por los corrientes de Foucault creadas en el interior del yugo, al menos en las zonas soldadas, lo que provoca un aumento de las pérdidas de yugo y una reducción de su eficiencia.
Otro de los problemas de la utilización de yugos totalmente soldadas es la imposibilidad de desmontar el yugo en caso de que se dañe. Más concretamente, si se daña una parte del núcleo, el yugo dañado será completamente inutilizable y no será posible desmontarlo y sustituir la parte dañada con láminas nuevas; Este problema impone unos costes de construcción excesivos a los consumidores de hornos de inducción.
Aparte de las desventajas mencionadas para esta categoría de yugos de los hornos de inducción en términos de utilización y rendimiento del yugo, la simplicidad de su producción y el precio de construcción inicial relativamente bajo, no puede considerarse ninguna ventaja especial para este diseño. Por lo tanto, no se recomienda el uso de yugos fabricadas con este diseño
Diseño soldado-rosca
En este diseño, la conexión del núcleo a la cubierta y el sistema de enfriamiento del yugo se realiza mediante una combinación de operaciones de soldadura y el uso de conexiones de rosca. La popularidad del uso de este diseño entre los fabricantes de los hornos de inducción de nivel medio y alto es muy elevada y la empresa india Megatherm, la empresa alemana Otto Junker, junto con algunos fabricantes chinos y turcos utilizan este método para montar sus yugos.
Aunque el problema de la apertura de la superficie inferior del yugo en comparación con el diseño totalmente soldado se ha resuelto en gran medida en este diseño, pero el problema de la incapacidad de desmontar el yugo y sus altas pérdidas de calor debido a la soldadura y la creación del contacto eléctrico entre las láminas aún permanecen.
Totalmente de rosca
En este plan, el método de conexión del núcleo a cubierta y el sistema de enfriamiento del yugo se realiza completamente mediante conexiones de rosca y no hay conexiones soldadas entre el núcleo y la cubierta del yugo en ninguna de sus partes. En la actualidad, debido a las numerosas dificultades, principalmente debido al largo proceso y al coste de perforar las láminas del núcleo y preparar conexiones aisladas de yugo durante el proceso de la producción de este tipo de yugos, no hay mucho interés entre los fabricantes para fabricar esta categoría de yugos y la única empresa que se dedica por completo a la producción de los yugos de los hornos de inducción con el diseño totalmente de rosca es la empresa Araz Trans Tabriz.
La diferencia de esta categoría de yugos de hornos de inducción en comparación con el diseño soldado-rosca es el uso de más tornillos y conexiones de rosca con distancias más pequeñas entre sí en lugar de la conexión soldada y en la práctica, todas las desventajas en todos los diseños de totalmente soldado y soldado-rosca se han eliminado en cierto modo y no hay ningún problema con los casos mencionados en las secciones anteriores.
Núcleo del yugo
El núcleo del yugo, que es prácticamente la parte principal del yugo del horno de inducción, consiste en la conexión de las láminas magnéticas del núcleo (láminas utilizadas en el núcleo de los transformadores). La calidad y el espesor de las láminas utilizadas tienen un efecto significativo en la calidad de la transmisión magnética y la captación de flujo, la cantidad de pérdida de energía y, en consecuencia, la eficiencia del horno. Para más información sobre la calidad y las propiedades de los distintos grados de las láminas del núcleo del yugo, véase la sección de lámina del núcleo magnético.
Sistema de enfriamiento del yugo
El objetivo principal del enfriamiento (Cooling) del yugo del horno de inducción es eliminar el calor causado por el calentamiento de las láminas del núcleo del yugo debido a la transmisión del campo magnético durante el uso del yugo. En los tipos actuales de los yugos, se utilizan varios diseños para enfriar el yugo. Hay que mencionar que el método utilizado en el enfriamiento del yugo está estrechamente relacionado con el diseño de montaje del yugo. A continuación, se explican los diversos métodos utilizados en el sistema de enfriamiento del yugo, mencionando en las ventajas y desventajas de cada uno:
De acuerdo con el contenido dado en la tabla anterior, el uso de cada uno de los diseños comunes para enfriar los yugos de los hornos de inducción tienen sus propias desventajas, por lo tanto, en el diseño propuesto por la Empresa Araz Trans, que es la última fila de la tabla, se intenta eliminar todas las desventajas existentes en otros diseños y además de aumentar la calidad del enfriamiento de yugo, se ha creado un escudo magnético mediante la colocación de una pared de aluminio para evitar fugas y pérdidas del campo magnético absorbido por el yugo.
Cabe mencionar que, en términos de densidad del campo magnético en el espacio alrededor de la bobina, esta zona se divide en dos partes: lado de potencia1 y lado normal2. El lado de potencia es una parte del espacio alrededor de la bobina del horno de inducción, donde la densidad del campo magnético es alta debido a la presencia de los cables enfriados por agua que entran y salen de la bobina. El lado normal es el resto del espacio alrededor de la bobina de inducción, excepto el lado de potencia y la densidad del campo magnético es menor en esa zona. Por lo tanto, debido a la mayor densidad del campo magnético en el lado de la potencia y la posibilidad de que el núcleo de los yugos se caliente más en esta zona que en otros yugos (situadas en la sección del lado normal), se recomienda utilizar yugos con un sistema de enfriamiento más eficiente en la sección del lado de potencia.
Sistema estabilizador de yugo
El sistema estabilizador del yugo incluye conexiones entre el núcleo y las cubiertas del yugo. En los yugos soldados, por lo general esta conexión se realiza mediante el uso de soldadura de argón de las láminas de una superficie y finalmente, soldarlos utilizando placas de acero no magnéticos como soporte de la cubierta.
En los yugos de tipo soldado-rosca o totalmente soldado, el sistema de fijación del yugo incluye tornillos de soporte, generalmente de acero no magnético, aunque algunos fabricantes utilizan a veces tornillos y placas de soporte de acero normal (magnético) para abaratar el coste de la fabricación del yugo, pero debido a la posibilidad de calentamiento de las conexiones en el campo magnético del yugo, la Empresa Araz Trans utiliza siempre tornillos y placas de acero no magnético (generalmente acero inoxidable de grado 304 o 316).
El punto más importante y fundamental al que se debe prestar especial atención cuando se utilizan los tornillos mencionados es la forma de aislar eléctricamente a estos tornillos del núcleo y cubierta de yugo. En caso de utilizar un sistema de aislamiento ineficaz y como resultado, la eliminación del aislamiento de los tornillos y su conexión con el núcleo o cubierta de las corrientes eléctricas inducidas en el interior de los tornillos y otras partes del yugo debido a la creación de un camino cerrado, que causan pérdidas significativas y el calor, que además de malgastar la energía en el horno, a veces provoca ponerse rojo y fundirse una parte del núcleo y los tornillos del yugo. Por lo tanto, para hacer frente a esto y prevenir futuros problemas, esta empresa utiliza tres métodos principales en la forma de aislar los tornillos de sus yugos. La siguiente tabla muestra los detalles de cada uno de los métodos mencionados:
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Soporte de yugo
Específicamente, el soporte del yugo se refiere a la parte del asiento del yugo en la superficie de la bobina. La función principal de este soporte es estabilizar la ubicación de la bobina y mantener su estabilidad durante el funcionamiento. Uno de los principales puntos importantes en relación con el soporte del yugo es cubrir los espacios vacíos entre el yugo y la bobina para evitar la acumulación de todo tipo de polvo y retazos en suspensión. Como se ha dicho antes, las contaminaciones existentes provocan con el tiempo el contacto eléctrico entre la bobina y el yugo. Para conseguir ambos objetivos de estabiliza la bobina y cubrir los espacios vacíos entre la bobina y el yugo, se proponen dos métodos principales: primero – crear un asiento curvado en el soporte del yugo durante su montaje final y segundo – utilizar conexiones aislantes laterales en los yugos de espalda plana para crear más puntos de contacto. Entre los dos métodos propuestos, el segundo, que es el diseño innovador de la Empresa Araz Trans, es más recomendable, porque si se utiliza el primer método, la liberación de vapores de la sinterización de la bobina durante el proceso de sinterización se enfrenta a problemas y a veces los vapores quedan atrapados detrás del yugo después de convertirse en gotas de agua, permanecerán en esa zona. Hay que mencionar que, contrariamente a lo que se suele pensar erróneamente, en caso de utilizar yugos con un soporte plano y la existencia de un espacio de aire entre el yugo y la bobina en algunos puntos del soporte, no conlleva la pérdida de potencia eléctrica del horno y comparando esto con el espacio de aire entre el rotor y el estator en las máquinas rotativas es una comparación incorrecta.
Además de la forma del soporte en la línea principal de conexión a la bobina, el aspecto de las esquinas del yugo en el soporte del yugo también es importante. Si las esquinas del soporte del yugo son redondas y no se solapan con las paredes del yugo, absorben los campos magnéticos desplazados alrededor de la bobina y aumentan el rendimiento del yugo.
Con las descripciones realizadas, los tipos de soportes posibles para los yugos de los hornos de inducción se corresponderán a uno de los cuatro diseños siguientes:
Además de las cuestiones explicadas sobre el soporte del yugo, en el diseño propuesto por la Empresa Araz Trans, existe la posibilidad de montar e instalar la banda aislante3 (aislamiento) en el yugo. El significado de la banda de aislamiento es un grupo de capas aislantes que se colocan por separado (en los diseños comunes actuales) entre el yugo y la bobina. Si se utiliza el diseño propuesto por esta empresa, en primer lugar, se aumenta el número de puntos de conexión del yugo con la bobina, especialmente en los yugos con soportes totalmente planos y, en segundo lugar, se hace posible la salida de los vapores de agua de la sinterización4 por la parte posterior del yugo durante el proceso de sinterización. La imagen siguiente muestra los detalles y otras ventajas de utilizar este diseño.
La frente del yugo
La frente del yugo, que es básicamente la interfaz entre el cubierto del yugo y los tornillos6 estabilizadores de la estructura del horno, se fabrica de acuerdo con las condiciones físicas del crisol o se instala en el yugo en los modelos propuestos por la Empresa Araz Trans. A continuación, se presentan algunos de los modelos más comunes de la frente del yugo que se utilizan por defecto por esta empresa en la fabricación de yugos. Estos modelos se clasifican en cuanto a su aplicación en dos tipos: Empujador7 y tirador-empujador8, las frentes empujadores se utilizan únicamente para aplicar presión sobre el yugo para conectar el yugo a la bobina, mientras que la frente tirador-empujador se utiliza para conectar el yugo a la bobina y también para separar el yugo de la bobina cuando sea necesario.
Con las descripciones realizadas, los tipos de soportes posibles para los yugos de los hornos de inducción se adaptarán a uno de los cuatro diseños siguientes:
Frentes empujadores
Frente tirador-empujador
1- Induction Furnace Yoke (Shunt)
2- Three layer : Kapton (overlap 75%)+ Glass Fibers (overlap 50%)+ Kapton (overlap 75%)
3- Insulation Pad
4- Sinter Process
5- NMN: Nomex + Mylar + Nomex
6- Bolts
7- Pull Type
8- Pull-Push Type
